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撰文|李响
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前言
深度学习框架中模型的运行形式次要有动态图和动态图两种，动态图更易用，动态图性能更具劣势，OneFlow 习惯将它们称为 Eager 模式和 Graph 模式。
OneFlow 提供了 nn.Graph 模块，让用户能够用相似 Eager 模式的编程习惯，构建动态图训练测试。因而，须要同时保障 Eager 和 Graph 模式下算子行为和后果的正确性。
在之前的文章《深度学习框架如何优雅地做算子对齐工作》中，剖析了 Eager Ops 的自动测试流程，包含如何产生随机数据测试用例和 AutoTest 外围代码实现，AutoTest 框架能够很轻易移植到其它深度学习框架应用。
不过，本文的次要目标则是介绍 OneFlow 如何实现 Graph 模式下算子的测试工作。目前为止，OneFlow v0.7.0 曾经新增所有 Op 在 nn.Graph 上做动态执行的单测反对，自动化单测性能齐备。
文章中波及到的代码地位：
- https://github.com/Oneflow-In…
- https://github.com/Oneflow-In…
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OneFlow 的 Graph 算子对齐概述
OneFlow 提供的 Eager 模式，用法与 PyTorch 对齐。所以在测试上，AutoTest 框架会随机出各种非法参数组合成的 Op，并基于数值和类型完全相同的输出 Tensor（PyTorch 和 OneFlow 各有一份）别离运行 PyTorch 和 OneFlow 的代码，来实现算子对齐工作。
此外，OneFlow 还提供了 Graph 模式，基于面向对象的编程格调，让相熟 Eager 开发的用户，只需改很少的代码，就能够高效应用动态图。比照 Eager 模式，Graph 模式不易调试，但性能更好，易于优化和部署。那么，如何自动测试 Graph 模式下的 Ops 就是重点须要关注的问题。
在具体介绍 Graph 单测之前，咱们先看一下 AutoTest 框架里 Graph 关上办法，上面是一个测试 matmul 算子的例子。基于 random_pytorch_tensor 办法结构了两个随机的 tensor，它们的维度别离是 [n, k] 和 [k, m]，这些维度的值都是随机生成的，AutoTest 框架参数的随机性都是基于 generators.py 中的 generator 基类实现的。
@autotest(check_graph = True)
def test_flow_matmul_with_random_data(test_case):
device = random_device()
k = random(1, 6)
x = random_tensor(ndim=2, dim1=k).to(device)
y = random_tensor(ndim=2, dim0=k).to(device)
z = torch.matmul(x, y)
return z通过调用 torch.matmul(x, y)，自动测试框架会别离运行 Torch 和 OneFlow 的 matmul 算子，会查看 Eager 模式下 OneFlow 和 PyTorch 算子的前向和反向后果是否统一。值得注意的是，代码中 @autotest 装璜器的 check_graph 开关为 True，示意此时会并行地做 Graph 的单测。
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Graph 模式下自动测试实现原理
在理解背景和应用办法后，这里介绍 Graph AutoTest 的实现思路。
3.1 AutoTest 流程介绍
在 Eager 的自动测试原理中，对于随机数据是如何产生的和 autotest() 装璜器的实现，在前文中有清晰的介绍。对于 AutoTest 框架外围流程实现，首先必须要关注用于 OneFlow 和 Pytorch 的算子对齐工作中的 GetDualObject 函数。
GetDualObject 函数会重写传入的原始 PyTorch 以及 OneFlow 对象的 __call__ 魔法函数，最初返回一个 DualObject 对象。这个过程中还蕴含跳过一些不须要关注的魔法函数，查看传入对象的属性是否非法，基于 nn.Module 和其它 API 默认参数的类型对 generator 继承类产生的随机数据绑定特定类型的工作（ get_args 函数中实现）。此外，在代码中还有对 tensor 办法的特判，因为 tensor 办法的调用形式（通过 getattr）和 nn.module、nn.functional 不同（通过 __call__）。
基于上述流程，通过执行样例代码中的 torch.matmul(x, y)，AutoTest 框架会通过调用 GetDualObject 函数生成 DualObject 对象，其中 torch 就能够了解为一个 DualObject 对象。最初执行 DualObject 对象，实现后果比照。自动测试流程中 Eager 算子对齐更多的细节也在前文中做了清晰介绍。
GetDualObject函数实现：https://github.com/Oneflow-In…
*DualObject类对象实现在：https://github.com/Oneflow-In…
3.2 Graph 模式如何随同 Eager 模式做算子对齐
从下面的剖析中，能够大略总结出 AutoTest 的流程：生成随机数据、生成 DualObject 对象、执行 DualObject 对象和判断后果是否对齐。其中，在执行 DualObject 对象阶段，AutoTest 框架会并行地执行 OneFlow 算子的 Graph 版本，这样也就实现了 Graph 模式随同 Eager 模式做算子对齐的工作。此外，本节也梳理了 GetDualObject 函数中应该如何辨认须要动态（Graph）执行的对象。
在算子对齐工作中，存在 nn.module，nn.functional 和 tensor 办法三种类型。这里先以 nn.Module 类型为例，剖析 Graph 模式随同 Eager 模式测试的代码，其余三种类型解决办法基本一致。代码执行程序如下
在 oneflow_eager_run_with_graph_check 中别离调用了 get_module_graph_test 和 get_oneflow_eager_res，失去 Graph 和 Eager 模式的两个后果，最初查看是否对齐。
也就是说，对于一个测试 case，AutoTest 框架总共执行了 Pytorch、OneFlow Eager 模式和 OneFlow Graph 模式三种代码，来验证三种后果是否都对齐了。
咱们先来探索下 get_module_graph_test 这个接口，也就是如何失去 Graph 版本的计算结果。代码如下：
# NOTE(lixiang): When oneflow is of type nn.Module, build the following Graph for testing.
# graph_train_oneflow: is a deepcopy of oneflow.
def get_module_graph_test(graph_train_oneflow, oneflow, *args):
of_sgd = flow.optim.SGD(graph_train_oneflow.parameters(), lr=0.001, momentum=0.9,)
graph_train_parameters_len = 0
for param in oneflow._parameters.values():
if param is not None:
graph_train_parameters_len += 1
class TestGraphOfModule(flow.nn.Graph):
def __init__(self):
super().__init__()
self.test_module = graph_train_oneflow
if global_backward and graph_train_parameters_len:
self.add_optimizer(of_sgd)
def build(self, *args):
res = self.test_module(*args)
forward_res = res
if global_backward and graph_train_parameters_len:
res = res.sum()
res.backward()
return forward_res
return TestGraphOfModule()其中 oneflow 是一个 nn.Module 对象，graph_train_oneflow 是它的深拷贝后果，次要是为了避免在测试算子的 inplace 版本时，对相应的 DualObject 对象值进行了批改，造成 Graph 的输出和 Eager 不统一导致测试后果对不齐的状况。
首先为了验证 Graph 的后向能够失常执行，结构了一个 Optimizer。在 __init__ 中复用 Eager 模式下的 nn.Module 对象后，在 build 中形容了 Graph 测试的计算过程，最终返回了 Graph 的实例。简略来说，就是结构一个适应所有算子的通用动态图模型。
在探讨如何结构动态执行代码计算 Graph 后果之后，辨认须要动态执行的对象也是须要优先解决的问题。oneflow_eager_run_with_graph_check 的残缺代码如下：
# NOTE(lixiang): Check if the results of eager and graph are equal when oneflow is of type nn.Module or functional.
def oneflow_eager_run_with_graph_check(oneflow, oneflow_args, oneflow_kwargs, testing_graph, verbose, *args):
if testing_graph:
graph_args, graph_kwargs = get_args_copy(oneflow_args, oneflow_kwargs)
if isinstance(oneflow, flow.nn.Module):
graph_train_oneflow = copy.deepcopy(oneflow)
if not is_global():
arg_device_type = "cpu"
for arg in oneflow_args:
if flow.is_tensor(arg):
arg_device_type = arg.device.type
graph_train_oneflow = graph_train_oneflow.to(arg_device_type)
else:
graph_functional_oneflow = copy.deepcopy(oneflow)
oneflow_res = get_oneflow_eager_res(oneflow, oneflow_args, oneflow_kwargs, verbose)
if testing_graph:
if verbose:
print("After running eager module or functional:", repr(oneflow),
)
find_check_module_func = True
ignore_apis_list = ["tensor", "train"]
test_g_res = []
if isinstance(oneflow, flow.nn.Module):
test_g = get_module_graph_test(graph_train_oneflow, oneflow, *args)
if verbose:
print("Run graph of module:", repr(oneflow))
test_g.debug(3)
# When testing module methods, kwargs are not considered.
test_g_res = test_g(*graph_args)
if verbose:
print("The result after running graph module:", test_g_res,)
elif oneflow.__name__ in ignore_apis_list:
find_check_module_func = False
# 1. "oneflow.nn.modules" not in oneflow.__module__: For avoid run nn.Module branch graph test, like fold op call Fold Module actually.
# 2. inspect.isfunction(oneflow): Compared with the ordinary flow.xxx, oneflow.nn.modules.math_ops series op exist an extra layer of python wrapper.
# 3. inspect.ismethod(oneflow) and "oneflow.nn.modules" in oneflow.__module__: For op that only has Tensor.xxx method, and call oneflow.xxx actually, like masked_fill.
elif (("oneflow.nn.modules" not in oneflow.__module__)
or inspect.isfunction(oneflow)
or (inspect.ismethod(oneflow) and "oneflow.nn.modules" in oneflow.__module__
)
):
test_g_res = get_functional_graph_res(
graph_functional_oneflow,
oneflow,
oneflow_res,
oneflow_args,
oneflow_kwargs,
verbose,
*graph_args,
**graph_kwargs,
)
if find_check_module_func:
if isinstance(test_g_res, tuple):
for _, g_res in enumerate(test_g_res):
check_eager_graph_tensor(oneflow_res, g_res)
else:
check_eager_graph_tensor(oneflow_res, test_g_res)
return oneflow_res在oneflow_eager_run_with_graph_check 中，须要判断哪些对象须要动态执行测试。因为 OneFlow 设定局部代码须要动态化，比方有些 Eager 模式下的办法，在 Graph 模式下没有定义。
下面的代码中首先通过 if testing_graph: 判断是否关上了 Graph 开关，既是否须要并行的做 Graph 的单测；再对 oneflow 对象的类型做 isinstance 判断，当为 nn.Module 时才须要动态执行，调用 get_module_graph_test。否则调用 get_functional_graph_res 等解决，在测试框架中其余须要相似判断的中央也同理。
if testing_graph:
···
···
if isinstance(oneflow, flow.nn.Module):
···
test_g = get_module_graph_test(graph_train_oneflow, oneflow, *args)
···
elif:
···
···3.3 Graph 模式的自动测试个性化
在 3.2 介绍了 Graph 如何随同 Eager 模式做算子对齐的工作之后，本节次要剖析 Graph 模式自动测试的个性化内容。
在 Graph 模式下，须要解决 nn.module、nn.functional 和 tensor 三个类别的办法，AutoTest 框架采纳先判断后构图的形式。
首先，GetDualObject 函数中，相干的接口包含：get_pytorch_oneflow_res、get_pytorch_oneflow_tensor_res、oneflow_eager_run_with_graph_check、oneflow_tensor_eager_run_with_graph_check、get_oneflow_eager_res、get_tensor_graph_res、get_functional_graph_res 和 get_module_graph_test。看一下每个接口的性能，如下表。
理解每个函数性能之后，再来看一下调用链，如下流程图所示，图中蕴含了 AutoTest 框架中对于 Graph 模式存在 nn.module、nn.functional 和 tensor 三个类别的办法如何解决，对应图中的三个灰色框。
在剖析了 nn.module、nn.functional 和 tensor 三个类别的解决办法之后，其中，自动测试 Graph 时也存在一个反向的梯度测试，然而并没有取出 tensor 对应的梯度，也就是说，能够保障后向执行是失常的，没有查看 grad 值。
对于应用办法，当 @autotest() 关上 auto_backward=True 时（默认就是关上的），不仅会跑 Eager 的 Backward 测试（这里会对梯度后果做比拟），还会跑对应 Graph 的 Backward 测试（这里不做梯度比拟）。
对应上述形容的代码，能够在文章 3.2 局部的代码中找到：
if (
global_backward
and graph_train_parameters_len
):
self.add_optimizer(of_sgd)
···
···
···
if (
global_backward
and graph_train_parameters_len
):
res = res.sum()
res.backward()此外，对于一些算子 inplace 版本的 Graph 查看，须要对输出做深拷贝，来保障 Graph 和 Eager 的 input 始终统一。如下代码中，get_args_copy（在 torch_flow_dual_object.py 中）别离对一般参数和关键字参数做了 deepcopy。
相似的，在 Graph 单测中，存在 oneflow 深拷贝为 graph_train_oneflow 的行为，次要为了避免在测试一些算子时，Eager 的值被 Eager Inplace 批改，造成 Graph 的输出和 Eager 不统一导致测试出错的状况。
# NOTE(lixiang): Deepcopy the input parameters in order to correctly test the inplace version of the op.
def get_args_copy(args, kwargs):
copy_args = []
for arg in args:
if flow.is_tensor(arg):
copy_arg = arg.clone().detach()
else:
copy_arg = copy.deepcopy(arg)
copy_args.append(copy_arg)
copy_kwargs = {}
for key, value in kwargs.items():
if flow.is_tensor(value):
copy_kwargs[key] = value.clone().detach()
else:
copy_kwargs[key] = copy.deepcopy(value)
return copy_args, copy_kwargs最初，为了保障 tensor deepcopy 的正确性，在 OneFlow 中，copy.deepcopy 会调用 tensor 的 getState 和 setState 办法，tensor 的 state 须要同时包含 data、dtype 和 device 信息，缺一不可。具体代码见：
https://github.com/Oneflow-In…
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Graph 的 Debug 反对
在 3.2 的代码中，能够发现存在 if verbose: 的判断，当 verbose = True 时，会输入 Graph 的 debug 信息（如算子运行 Graph 模式后的计算结果等），当然也包含 eager 下的其余须要的调试信息。
当测试呈现问题时，能够通过该性能拿到谬误样例，结构最小复现代码。开启办法通过环境变量管制：ONEFLOW_TEST_VERBOSE = 1。AutoTest 框架里这个性能更多针对开发者，OneFlow 的 Graph 针对用户也提供了调试性能。
Graph 模式反对了学习率的调试输入，开启办法和 Eager 雷同。
optimizer = flow.optim.SGD(model.parameters(), lr=1e-3)
# Set verbose=True
scheduler = flow.optim.lr_scheduler.CosineDecayLR(optimizer, decay_steps=100, alpha=0.98, verbose=True)此外，调用 Graph 对象的 debug 办法，就开启了 Graph 的调试模式。
graph.debug(v_level = 1) # 能够简写为：graph.debug(1)* v_level=0 时，只输入最根底的正告和构图阶段信息，如构图工夫。
v_level=1时，将额定打印每个 nn.Module 的构图信息。v_level=2时，在构图阶段，将额定打印每个 Op 的创立信息，包含名称、输出内容、设施和 SBP 信息等。v_level=3时，将额定打印每个 Op 更具体的信息，如与代码地位无关的信息，不便定位代码问题。
这部分更具体的内容能够在
https://docs.oneflow.org/mast… 中发现。
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总结
AutoTest 框架的灵活性和易用性都比拟强，本文次要介绍了 Graph 模式如何随同 Eager 模式做算子对齐和 Graph 的自动测试个性化内容。Eager 到 Graph 的 Local ops 执行测试笼罩也曾经在 OneFlow v0.7.0 中实现，在 0.8 版本中将会保障 Graph Global ops 单测的正确性。此外，动态图的 debug 和其余性能等将更齐备。欢送大家学习或者应用。
相干链接
https://github.com/Oneflow-In…
https://github.com/pytorch/py…
欢送下载体验 OneFlow v0.7.0 最新版本：
https://github.com/Oneflow-In…
